本发明属于自动控制，具体地，本发明涉及棒线材连续式飞剪剪切的自动化控制方法。
背景技术：
1、精轧机前飞剪是棒线材生产线上的关键设备，其剪切精度及稳定性都直接影响到整条棒线材产线的生产，并对棒线材成材率有很大的影响。
2、在以往的棒线材生产线上的飞剪一般采用普通的起停式飞剪，该类型飞剪存在剪切速度不高，传动装置与电机需承受较大冲击电流等缺点。近几年来，为提高剪切速度，一种新型的连续式回转飞剪在棒线材生产线上得到了广泛的应用。
3、例如，某线材厂实施在线改造后，精轧机前飞剪由起停式飞剪改为新型的连续式回转飞剪。其中，前转撤器由原来的气缸、曲轴升降式改为伺服电机、曲柄连杆驱动的水平摆动式。
4、由此，实施在线改造后，轧件在此处的最高速度可达19.3m/s，同时，飞剪实现轧件切头、切尾及切废功能。飞剪的前转撤器和飞剪本体配合控制动作，将切头、切尾或切废轧件由分道导槽导入碎断剪碎断，经一个路径直接落入零平面切头框内，而当需要轧件取样时则走另一个路径进入取样导槽；正常切头的后续轧件由前转撤器动作，将其正确导入分道导槽后的导管进入下游机架轧制，工艺布置如附图1所示。
5、飞剪控制系统主要由飞剪主电机及变频装置、飞剪剪刃定位编码器、前转辙器驱动伺服电机及编码器、伺服控制器、热金属检测器hmd、plc、人机画面hmi等单元组成。
6、飞剪切头时，在轧件到达hmd1之前，飞剪以设定超前速度旋转，转辙器在“碎断位置”待机。
7、当轧件头部到达hmd1位置时，伺服控制器快速读取飞剪剪刃定位编码器的位置值，并根据切头长度控制所需位置进行剪刃位置修正，使轧件在到达hmd2时的剪刃实际位置值与期望位置值相互一致。当轧件头部到达hmd2位置时，伺服控制器快速读取转辙器驱动伺服电机编码器的位置值，并经切头长度控制所需延时后，前转辙器快速地从“碎断位置”到达“过钢位置”，在碎断位置被剪切的轧件头部被抛向碎断剪进行碎断，在过钢位置的剩余轧件将进入精轧机。飞剪各部件布置示意如附图2所示。
8、飞剪切尾时，飞剪以设定超前速度旋转，转辙器在“过钢位置”待机。当轧件尾部到达hmd1位置产生下降沿信号时，飞剪以类似于切头过程的方式进行速度调整。当轧件尾部到达hmd2位置产生下降沿信号时，转辙器也以类似于切头过程的方式将从过钢位置快速地到达碎断位置，在碎断位置被剪切的轧件尾部被抛向碎断剪进行碎断，至此飞剪进入到下一个工作周期。基于成本及稳定性考虑，在实际生产中精轧机飞剪切尾功能投入较少。
9、在飞剪不选择切尾功能时，飞剪前转撤器回碎断位置的条件是hmd1、hmd2及剪后hmd3均无信号。飞剪剪刃位置修正的条件是飞剪前转撤器必须在碎断位置，hmd2和剪后hmd3均无信号。轧件尾部脱开精轧机入口hmd3后认为剪切完成，飞剪前转辙器由过钢位置向碎断位置动作。
10、后一根轧件到达hmd1时飞剪前转辙器还没动作到位，剪刃位置调整功能就会被封锁，造成切头长度异常。如现场发生多次，换规格开轧及轧制间隙近的时候飞剪剪切长度波动，切头带入下游机架造成堆钢。
11、另一方面，线材轧机生产的产品具有小断面、重量轻等特点，只有提高其轧制速度或缩短轧制间隙才能提高产品的小时产量，提高效率。因此，线材轧机一直将缩短轧制间隙作为增产的主要手段，随着轧制间隙控制水平的提升，飞剪已变成轧制节奏进一步提升的瓶颈。
12、为此，专利“棒线材飞剪剪尾控制方法”(授权公告号cn 102513355 b)，提出一种控制方法：
13、当上游轧机与飞剪布局过于紧凑，导致第一热金属检测仪到飞剪剪切中心线距离过短无法正常完成剪尾时，在上游轧机前面增加一个第二热金属检测仪，再通过精确的剪刃位置控制、精确的剪尾长度控制等手段，实现棒线材飞剪到第一热金属检测仪距离过短时的剪尾控制，以使得剪尾稳定可靠。但是，该技术主要是针对起停式飞剪，没有涉及如何提升轧制节奏等相关内容。
14、另外，专利“一种高速线材飞剪剪刃定位方法”(授权公告号cn 107282636b)，提出一种高速线材飞剪剪刃定位方法。该方法在飞剪上不安装编码器，由于减速箱的速比固定，通过在电机编码器处安装一个信号分配器，将电机编码器分为两路信号，一路送至原来的电机控制器，用于电机转速控制，另一路代替原剪刃编码器的信号，送至飞剪控制器，用于飞剪控制。这种控制方法大大提高了设备的稳定性，不仅节约了成本，而且提高了生产效率。
15、该技术主要解决编码器的稳定性问题，但也没有涉及如何提升轧制节奏等相关内容。
技术实现思路
1、为提升轧制节奏和效率，本发明提供一种棒线材连续式飞剪剪切的自动化控制方法，本发明在精轧机前的飞剪后增加一个hmd4工位，在此，增加切头长度设定值自动调整功能，并对控制逻辑进行优化，由此，提升轧制节奏和效率。
2、飞剪剪刃位置，碎断位置，过钢位置如图2,4所示。
3、本发明的棒线材连续式飞剪剪切优化控制方法的技术方案如下：
4、一种棒线材连续式飞剪剪切优化控制方法，包括下述步骤：
5、1)、轧线设备较长时间停机后开始运转，飞剪以设定的速度旋转；系统自动记录飞剪切头长度原设定值后，实际控制切头长度自动加长；
6、2)、系统判断轧线张力是否稳定，若是，则将飞剪切头长度恢复到系统记录的原设定值；
7、3)、当前轧件头部到达hmd1时，判断前一根轧件尾部是否已离开hmd2、hmd4，若是，则触发飞剪剪刃位置修正；若否，则不进行飞剪剪刃位置修正；
8、4)、当前轧件头部到达hmd2时，判断飞剪前转辙器是否在碎断位置，若是，则前转辙器按切头程序计算延时时间后快速向过钢位置动作，执行飞剪切头功能；
9、5)、若选择切尾(切尾可以根据生产工艺要求选择，考虑收得率的因素基本不用。)，则轧件尾部到达hmd1时触发飞剪剪刃位置修正；
10、6)、轧件尾部到达hmd2时，前转辙器按切尾程序计算延时时间后快速向碎断位置动作，执行飞剪切尾功能。
11、7)、若不选择切尾，则跳过步骤5、6，轧件尾部离开hmd2、hmd4后(实际说是离开hmd4触发，在控制上是hmd2、hmd4都要没有检测到钢，hmd2是联锁，避免hmd4信号异常时误动作，提高可靠性)，前转辙器回到碎断位置。
12、根据本发明的棒线材连续式飞剪剪切优化控制方法，其特征在于，
13、在步骤1，设定飞剪切头长度为1.5～2.5米范围。
14、飞剪切头长度原设定值一般设定2米左右，正常的剪切精度+/-0.2米，在刚开始生产前3根受轧线张力波动影响，剪切偏差最大可能会达到1米，实际切头长度小于1.2米就会带入下游轧机，造成轧线堆钢，处理时间很长。本发明优选的切头长度设定1.5～2.5米。
15、根据本发明，在步骤2)，刚开始生产的时候轧线张力不稳定，而轧件为开轧后第是3-4根就能稳定，这个数值可根据实际情况调整；特别是，系统判断轧线张力是否稳定，可根据当前轧件是否为开轧后第4根，若是，则将飞剪切头长度恢复到系统记录的原设定值。
16、根据本发明的棒线材连续式飞剪剪切优化控制方法，其特征在于，自动把刚开始生产前3根的设定长度加长到3米，可以保证实际切头长度不会低于1.2米，防止切头带入下游轧机。
17、根据本发明的棒线材连续式飞剪剪切优化控制方法，其特征在于，在步骤3)，hmd2是联锁，避免hmd4信号异常时误动作，提高可靠性，当前轧件头部到达hmd1时，判断前一根轧件尾部是否已离开hmd2、hmd4，即指：轧件尾部离开hmd4触发，在控制上是hmd2、hmd4都没有检测到钢。
18、根据本发明的棒线材连续式飞剪剪切优化控制方法，在步骤3)，飞剪剪刃位置修正指：根据切头长度控制要求，轧件在到达hmd2时的剪刃实际位置值要与期望位置值一致，保证切头精度，若有偏差则调整飞剪电机速度进行剪刃位置修正。
19、根据本发明的棒线材连续式飞剪剪切优化控制方法，其特征在于，在步骤3)，飞剪剪刃位置修正如下：
20、当轧件头部到达hmd1时，伺服控制器接收到hmd1的一个上升沿信号后，开始预测轧件头部到达hmd2时主剪剪刃的位置，再根据切头长度与hmd2和主剪之间的距离计算出轧件头部到达hmd2时主剪剪刃的期望位置，从而最后计算出主剪剪刃需要调整的位置变化量，并转换为速度调节量。公式如下：
21、p1＝(c1-c2)-int[c1×frac(vh/vc×(hset+l1)/πd)]
22、p2＝int(c3)+int[c1×frac×(vh/vc×l2/πd)]
23、δp＝p1-p2
24、δv＝2×r×π×(δp/ppr)/toffset
25、式中：p1为轧件头部到达hmd2时剪刃的期望位置值；
26、p2为预测轧件头部到达hmd2时剪刃的预测位置；
27、δp为剪刃需要调整的位置变化量；
28、c1为主剪剪刃转一周时的定位编码器1的位置值；
29、c2为主剪剪切角的位置值；
30、c3为轧件头部到达hmd1时剪刃的实际位置值；
31、hset为切头长度设定值；
32、l1为hmd2和主剪之间的距离；
33、d为主剪剪刃直径；
34、l2为hmd1与hmd2之间的距离；
35、int()为取整函数，
36、frac()为取余函数；
37、δv为需要调整的速度；
38、r为主剪剪刃半径；
39、ppr为主剪剪刃转一圈的总脉冲数；
40、toffset为主剪剪刃速度的调节时间。
41、根据本发明的棒线材连续式飞剪剪切优化控制方法，其特征在于，
42、在步骤4)，当前轧件头部到达hmd2时，判断飞剪前转辙器是否在碎断位置，若是，则前转辙器按切头程序计算延时时间，延时时间可由切头模型根据轧件速度、飞剪速度、设定的切头长度、检测器到飞剪距离计算出来，计算公式如下：
43、th＝(hset+l1)/vc-(1.0×πd)/vh，其中hset是设定的切头长度；l1是检测器到飞剪距离；vc是飞剪速度；vh是轧件速度。
44、若测算的飞剪切头长度跟设定值的偏差超门槛值则报警；若否，则不进行飞剪切头
45、根据本发明的棒线材连续式飞剪剪切优化控制方法，其特征在于，若测算的飞剪切头长度跟设定值的偏差超过0.5米则报警。
46、根据本发明，步骤1、2是本发明的新开发的控制功能，实现了开轧前3根切头长度设定值自动调整功能，避免飞剪剪切长度波动，切头带入下游机架造成堆钢。
47、步骤3取消了原有的前转辙器在碎断位置的联锁。另外，让转辙器尽早摆；当带钢到达hmd1位置时即使没有摆到位也可以通过速度的控制调节建立时间的匹配。
48、步骤4增加了切头长度异常的报警。
49、步骤5取消了以往hmd1的联锁，并使用新增加的hmd4替换原有的hmd3作为剪后hmd，消除了飞剪对轧制节奏进一步的制约。
50、根据本发明提出的一种棒线材连续式飞剪剪切优化控制方法，在飞剪后增加一个hmd4，增加切头长度设定值自动调整功能，并对控制逻辑进行优化，提高了新开轧情况下飞剪剪切的稳定性，消除了飞剪对轧制节奏的制约，提高飞剪轧制效率。